新しい機構を考える前に
機械を開発するとき、目の前の課題をどのように解決するか考えるのは、技術者にとって楽しい時間の一つです。
「こんな機構を使えば実現できるのではないか」「この部品を組み合わせたら、もっと効率よく動かせるのではないか」。
自分の頭で考え、新しい仕組みを生み出そうとすることは、技術開発の大きな魅力です。
しかし、知っている機構や技術が少ないと、手持ちの知識だけで何とか実現しようとして、モーターやセンサー、複雑な制御をいくつも組み合わせた、必要以上に大掛かりな機械になってしまうことがあります。また、自分で考えた機構にこだわるあまり、もっと簡単な方法を見落としてしまうこともあるでしょう。
その課題を解決する方法は、すでに誰かが考え、実用化しているのではないでしょうか。
以前、別の技術者が進めていた機械開発について相談を受け、既存の機械でも実績のある機構を提案したことがありました。しかし、その提案は採用されず、独自の機構の開発が進められました。その後、時間と費用をかけて試行錯誤を重ねた結果、最終的には私が当初提案した機構が採用されることになりました。
新しい機構を試すこと自体が悪いわけではありませんが、既存技術を十分に検討していれば、開発にかかる時間や費用を抑えられたのではないかと感じました。
この経験は、私が機械開発において大切にしている二つの考え方につながっています。
一つは、先人の知見を学ぶこと。もう一つは、技術の長所と短所を冷静に分析し、形や新しさにこだわりすぎないことです。
1. 先人の知見を学ぶ
この経験から数年後、「車輪の再発明」という言葉を知りました。
車輪は、古くから使われてきた基本的な機械要素です。すでに優れた仕組みが存在するにもかかわらず、それを十分に活用せず、同じようなものを一から作り直してしまうことを「車輪の再発明」と呼ぶそうです。
機械開発でも、既存技術を十分に調べずに一から開発を始めると、先人が積み重ねてきた試行錯誤を繰り返し、余分な時間や労力を費やしてしまう可能性があります。
一方、世の中にどのような機械があり、どのような原理で動いているのかを知っていれば、すでに実用化されている仕組みを利用したり、別の分野の技術を応用したりすることができます。
こうしたこともあり、私自身、機械に関する知識を増やすために、工場の稼働動画や機構の解説動画を日頃からよく見ています。
もっとも、知識を増やすためとは言いつつ、単純にこういう動画を見るのが好き、というのも大きな理由です。
工場の動画では、製品が次々と搬送され、位置決めされ、加工されていきます。複雑な動作を巧妙な機構で実現している機械もあれば、驚くほど単純な仕組みで目的を達成している機械もあります。
「なるほど、こういう仕組みで動かしているのか」「この機構は、別の機械にも応用できそうだな」。
そんなことを考えながら見ていると、ついつい時間が過ぎてしまいます。
そして、こうして蓄積した知識が、実際の開発で役立つことがあります。以前見た機構が、目の前の課題を解決するヒントになるかもしれません。
先人の知見を学ぶことは、単に過去の技術を真似することではなく、すでに分かっていることを出発点にして、その先にある課題へ取り組むことだと思います。
2. 技術の長所と短所を冷静に分析する
もう一つ大切なのは、技術を評価するときに、形や新しさにこだわりすぎないことです。
新しい機構を考案すると、それを完成させたいという気持ちが生まれるでしょう。しかし、その思いが強くなりすぎると、本来解決すべき課題よりも、自分が考えた機構を成立させること自体が目的になってしまう可能性があります。
機械開発で重要なのは、独創的な機構を作ることではなく、求められる機能を適切に実現することです。
例えば、ある部材を横方向に移動させ、決められた位置で縦方向に持ち上げる機械を考えてみます。
一つの方法は、横方向と縦方向に動かすためのモーターと直動機構をそれぞれ用意し、位置検出センサーを使って制御することです。動作条件を変更しやすい一方、部品点数や制御の複雑さが増える可能性があります。
一方、適切な四節リンク機構などを利用すれば、一つのモーターの回転運動から、目的に合った動きを作り出せる場合があります。機構そのものに動作の関係を持たせることで、モーターやセンサー、制御プログラムを減らせる可能性があります。
もちろん、すべてをリンク機構で解決すべきというわけではありません。動作を自由に変更したい場合には、前者のように複数のモーターを個別に制御する方式が適しています。一方、リンク機構にも動作範囲の制約や摩耗、ガタなどの課題があります。
大切なのは、どちらが優れているかを最初から決めつけず、必要な動作、精度、コスト、耐久性、保守性などを比較して、目的に合った方法を選ぶことです。
機構の知識が増えるということは、設計の選択肢が増えるということでもあるのです。
独創性とは、ゼロから作ることだけではない
既存技術を学び、その長所と短所を冷静に分析することは、独創性を否定するものではありません。
むしろ、既存技術を理解することで、何がすでに実現されていて、どこに改善の余地があるのかが見えてきます。
既存の機構をそのまま利用することも、改良することも、複数の機構を組み合わせることも、技術開発の重要な選択肢です。そして、既存の方法では要求を満たせないときこそ、新しい機構を考案する意義があります。
新しいものを作ること自体を目的にするのではなく、解決したい課題に対して最適な手段を選ぶことが、合理的な機械開発につながると考えています。
おわりに
機械開発では、独創的な発想が必要になる場面が数多くあります。しかし、独創性を発揮することと、既存技術を活用することは矛盾しません。
私が大切にしたいのは、次の二つです。
- 先人の知見を学ぶこと。 既存の技術や過去の試行錯誤を理解し、車輪の再発明を避ける。
- 技術の長所と短所を冷静に分析すること。 形や新しさにこだわらず、目的に適した方法を選ぶ。
この二つは、互いに補い合う関係にあります。
どれだけ多くの技術を知っていても、それぞれの特徴を冷静に評価できなければ、適切な方法を選ぶことはできません。反対に、合理的に判断しようとしても、そもそも選択肢を知らなければ、比較することすらできません。
多くの技術を知ることで選択肢を増やし、それぞれを冷静に評価することで、最適な方法を選ぶ。
車輪がすでに発明されているなら、それを活用すればよいのです。そして、既存の車輪では解決できない課題があるなら、そこにこそ新しい工夫を加える価値があります。
すべてを一から発明し直すのではなく、先人の知恵を土台にして、その先へ進む。それが、より合理的で価値のある機械開発につながると考えています。
そして何より、機械の機構は見ているだけでも面白いものです。
一つの回転運動から複雑な軌跡を生み出したり、わずかな部品の組み合わせで巧妙な動作を実現したり。何十年、何百年も前に考案された機構が、今でも使われていることにも驚かされます。
機構の仕組みを知ることで、普段何気なく見ている機械も、少し違った目で楽しめるようになるかもしれません。
機構の面白さに触れられるサイト
最後に、さまざまな機械機構の動きを楽しみながら学べるサイトを紹介します。
四節リンク、カム、歯車など、さまざまな機構の動きをアニメーションで確認できます。
リンク機構や歯車、からくり機構など、多様な仕組みを紹介しているサイトです。
19世紀の機構図鑑をもとにしたサイトです。数多くの古典的な機械機構が収録されています。
さまざまな機械メカニズム模型の動きを紹介しています。